冰是由水在低于0℃时凝固形成的固态晶体，其本质是水分子在低温条件下热运动减弱，通过氢键有序排列形成的刚性结构。形成过程受温度、水质纯度、压力及环境扰动等多重因素影响，其中温度是决定性因素——标准大气压下，水温降至冰点（0℃）以下时，分子动能降低至不足以克服氢键作用力，从而完成液态到固态的相变。值得注意的是，自然界中冰的形成往往伴随复杂的气象条件，如风速、湿度波动等，这些因素会通过影响水体散热效率间接改变结冰速率。

从微观物理机制看，冰的形成遵循结晶动力学原理。当水体过冷至冰点以下时，首先在杂质或容器表面形成初始冰晶核，随后水分子以六方晶系结构（最常见为Ⅰh型）逐层堆叠生长。这一过程释放的潜热（约334 kJ/kg）需被持续导走才能维持结晶。实验数据显示，蒸馏水在静止无扰动环境中需过冷至-40℃才能自发成核，而自然界因存在凝结核，实际结冰温度接近0℃。冰川学研究表明，极地冰川冰的形成需经历降雪→粒雪→冰川冰的长期压实过程，密度需达到830-840 kg/m³才能形成透蓝冰川冰，这一过程在南极内陆可能耗时千年。

气候变暖正显著改变全球冰的分布格局。联合国2025年国际冰川保护年报告指出，2000-2023年间全球冰川物质损失达6.542万亿吨，我国已有约7000条小冰川完全消失。格陵兰冰盖消融速度已达每秒1.2万吨，导致全球海平面以4.7毫米/年上升。这种变化与冰的热力学特性直接相关——冰的反射率（反照率0.6-0.9）远高于液态水（0.06），冰量减少会引发"冰反照率正反馈"效应，加速区域升温。气象观测证实，北极近年升温速率是全球平均的3倍，这进一步验证了冰-气相互作用的敏感性。

从工程应用角度，人工制冰通过主动控制上述自然条件实现高效产冰。工业制冰机利用-20℃蒸发器快速导热水体热量，配合搅拌避免过冷延迟；而透明冰制作则采用单向冻结技术，使杂质向未冻水区集中。这些实践反向印证了冰形成的基本原理：热力学驱动力（ΔT）、分子扩散速率和杂质排除效率共同决定冰质。当前前沿研究如中科院团队对冰表面准液态层的原子级观测，正深化对冰生长动力学的理解，这对改进气候模型中的相变参数化方案具有重要价值。